|
空冷式换热器(以下简称空冷器)是石油化工厂的一种重要换热设备，它具有运转费用低廉、使用寿命较长、节省能耗和减少环境污染等特点。为了适应石油化工厂的节能和减少环境污染这一技术改造的需要，体现当代先进技术水平，针对我公司在役湿式空冷器在运行中出现的腐蚀和结垢严重、热效率降低、能耗高以及制造中出现的问题，笔者以最新的设计标准为依据，参照国内外空冷器设计的新方案、新结构和新工艺，对湿式空冷器的管束结构进行了改进。
1翅片管
1.1形式
翅片管是空冷器用以传热的关键部件，它的好坏直接影响传热效率。据文［1］介绍，国外有些厂家，如美国的赫德森公司和法国的克鲁索-鲁瓦尔公司都不主张在湿式空冷器上使用单L型翅片管。认为直接喷水会加剧翅片和基管的电化学腐蚀程度，导致热阻增加，传热效率下降，空冷器寿命缩短。因此，笔者把用在湿式空冷器上的单L型翅片管(图1a)改为双金属型翅片管(图1b)，与前者相比，后者具有以下特点：①随着温度的变化，翅片的伸缩性可产生自清理作用。②积垢和层尘沿着翅外生成，不会产生L型缠绕翅片管根部填塞的现象。③翅片牢固，不易变形，可以用高压水或高压蒸汽清垢。④价格贵，一次性投资较高，但综合效益好。 （图片）
图1改进前后翅片管形式及参数由于双金属型翅片管的轧片管与基管紧密配合，完全克服了单L型翅片管由于对基管覆盖不严而造成的结垢和电化学腐蚀的缺点，显著提高了换热效率，延长了使用寿命。
1.2参数
(1)增大翅片管的螺距把翅片管的螺距从原2.3 mm增加到3.4 mm，这样虽使空冷器的换热面积减少，对管外膜热系数有些影响，但在换热面积富余量较大的情况下，适当增加翅片管的螺距，可以减少空气的阻力，使风机能耗下降，并且更易于清理污垢。
(2)增加翅片厚度翅片的厚度由原来的0.3 mm增至0.38/0.5 mm(梯形)，使翅片的刚性增加，在用蒸汽吹扫或高压水清洗时，翅片不易变形。
(3)增大翅片管的中心距，降低翅片的高度翅片管的中心距s由原来的62 mm增大到64 mm，翅片高度h由16 mm降低到12.5 mm，其排列形式见图2。这样翅片间的空隙由5 mm增加到14 mm，水可以喷至二、三排翅片管，提高了换热效果。同时可降低阻力降，并方便管束的吹扫和清洗。据文［1］介绍，在翅片高度不变的情况下，翅片管中心距s由62 mm增加到64 mm，管外阻力降低，以四排翅片管的湿式空冷器管束为例，管外阻力降由88.26 Pa/排降至82.37 Pa/排。（图片）
图2翅片管排列形式2管箱坡口
管箱是空冷器管束的主要受压部件，国外主要参考ASME规范的规定对其进行设计制造，要求十分严格。我国GB/T 15386-94《空冷式换热器》要求矩形管箱的焊缝应焊透和全熔合，且应为双面焊或单面焊沿焊缝根部全长具有紧贴基体金属的垫板。由于矩形管箱结构特殊而难以进行双面焊，故一般允许采用单面焊，但必须保证其全焊透。文［2］推荐使用图3a的坡口形式，认为此坡口留有足够的间隙，垫板亦只是点焊在其上，变形微小，工艺简单，焊后熔合良好，质量稳定。但笔者在利用此坡口形式制造管箱的过程中发现，在垫板和基体金属之间常有夹渣现象，并且难以判断夹渣具体位置，影响了焊缝质量。因此将坡口改为图3b形式，先用氩弧焊打底，再用自动焊焊接，焊缝美观，无损检查合格率也高于图3a。经过一段时间的制造实践，发现裂纹大多数发生在氩弧焊打底层，这是因为管板或丝堵板与盖板的厚度差太大而引起的。经过多次探讨、研究和筛选，并经过焊接工艺评定，最后得到图3c所示的坡口形式。这种坡口不但加工简单，而且由于减小了管板或丝堵板与盖板的厚度差，避免了因厚度差而引起的焊缝裂纹。此坡口可直接采用自动焊焊接，大大提高了工作效率和焊缝外观质量，管箱焊缝全焊透且熔合良好。自使用以来，质量稳定，经无损检查，其Ⅰ级焊缝达99%以上。（图片）
图3管箱坡口形式的改进3翅片管支撑件
文［4］介绍了一种如图4a所示的定距盒作为湿式空冷器管束翅片管的支撑件，认为用定距盒作为翅片管的支撑件可以使翅片管四周都受力，防止翅片管下垂。而事实上，由于定距盒的累积误差及锈蚀，使翅片管产生很大的挠度(最大可达30 mm)，会给管子与管板的胀口施加一个附加力，使管子与管板的胀口受到破坏，引起装置泄漏，效率下降，甚至会影响到装置的操作。经过研究探讨，笔者设计出了如图4b所示的翅片管支撑件，它吸收了定距盒使翅片管四周均受力的优点，最大下垂量仅为3 mm。该支撑件由支撑板和套筒组焊而成，并且用螺栓把支撑板固定在横梁上。加工时将支撑板上的（图片）孔与管板一起钻孔，然后再扩钻至（图片），这样可以保证支撑板孔与管板孔的同度轴，以减小穿管难度。套筒是由φ60mm×3.5mm的钢管加工而成，套筒的长度以支撑10个螺距的翅片为宜，太多会增加穿管难度，太少又起不到很好的支撑作用，一般取30 mm。翅片管支撑件是一种无法更换的结构，为了避免因其锈蚀而影响空冷器的操作，把支撑件材料由Q235-A.F改为18-8不锈钢。（图片）
图4改进前后翅片管支撑件图4改进前后翅片管支撑件
4结语
我公司轻质车间所用的湿式空冷器管束，经过上述改进后于1996年2月投入使用，经过5个月的运行，即使在30 °C以上的高温天气，也没有发现由于冷却效果不好而引起安全阀起跳的现象，更没有发生泄漏事故。因为空冷器的冷却效果好，氨压机出口温度低，相应地出口压力也低，使氨压机的能耗降低12%，氨压机的维修次数也降低了1/3。说明空冷器管束的改进是成功的，提高了制造质量、传热效率及使用寿命，取得了较好的经济效益。
参考文献
[1]兰州石油机械研究所主编.换热器，下册.北京：烃加工出版社，1990.297～326
[2]谢伟升.空气冷却器结构设计的进展.石油化工设备，1990，19(5)：31～33
[3]萧前，沈育建.双金属翅片管整体轧制.化工炼油机械，1982，11(5)：38～40
[4]崔铭远，许新荣.新结构空冷器简介.化工炼油机械，1982，11(5)：42～43
[5]马义伟，刘纪福，钱辉广编著.空气冷却器.北京：化学工业出版社，1982.8～50
4/1/2007
|
